Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính là chất hoạt động bề mặt chứa cả nhóm ưa nước anion và nhóm ưa nước cation trong cùng một phân tử. Đặc điểm quan trọng nhất của chúng là có thể cho và nhận proton. Trong quá trình sử dụng, chúng có các đặc điểm sau: Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính thường có hiệu quả tốt trong giặt, phân tán, nhũ hóa, khử trùng, làm mềm sợi và chống tĩnh điện, và có thể được sử dụng làm chất phụ trợ hoàn thiện vải, chất phụ trợ nhuộm, chất phân tán xà phòng canxi, chất hoạt động bề mặt giặt khô và chất ức chế ăn mòn kim loại, v.v. Chúng có đặc tính làm mềm, mịn và chống tĩnh điện tuyệt vời cho vải; một số đặc tính diệt khuẩn và ức chế nấm mốc; và đặc tính nhũ hóa và phân tán tốt. Tuy nhiên, loại chất hoạt động bề mặt này tương đối đắt tiền, và phạm vi ứng dụng thực tế của nó nhỏ hơn so với các loại chất hoạt động bề mặt khác. Nó là một chất hoạt động bề mặt dịu nhẹ. Không giống như các chất hoạt động bề mặt anion hoặc cation đơn lẻ, phân tử chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có cả nhóm axit và nhóm bazơ ở một đầu của phân tử. Các nhóm axit chủ yếu là nhóm cacboxyl, axit sunfuric hoặc photphat, trong khi các nhóm bazơ là nhóm amin hoặc amoni bậc bốn. Chúng có thể được trộn với các chất hoạt động bề mặt anion và không ion và có khả năng chống lại axit, kiềm, muối và muối kim loại kiềm thổ.
Hiện nay, các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính tổng hợp thường được sử dụng chủ yếu có nhóm carboxylate làm phần anion, một số ít có nhóm sulfonate; phần cation của chúng chủ yếu là muối amin hoặc muối amoni bậc bốn. Những chất có muối amin làm phần cation được gọi là loại axit amin; những chất có muối amoni bậc bốn làm phần cation được gọi là loại betaine.
- Loại axit amin
Dung dịch nước của chất hoạt động bề mặt lưỡng tính loại axit amin có tính kiềm. Khi thêm từ từ axit clohidric vào dung dịch trong khi khuấy, dung dịch không thay đổi khi trở nên trung tính. Kết tủa hình thành khi dung dịch trở nên hơi axit. Nếu thêm nhiều axit clohidric hơn để làm cho dung dịch có tính axit mạnh, kết tủa sẽ tan trở lại. Điều này cho thấy nó hoạt động như một chất hoạt động bề mặt anion trong môi trường kiềm và như một chất hoạt động bề mặt cation trong môi trường axit. Tuy nhiên, khi tính chất cation và anion cân bằng chính xác tại điểm đẳng điện, tính ưa nước giảm, dẫn đến sự hình thành kết tủa. Anion trong phân tử là nhóm carboxyl, và cation là muối amoni. Loại chất hoạt động bề mặt này thể hiện các hoạt tính bề mặt khác nhau khi pH của môi trường thay đổi. Ví dụ, axit dodecylaminopropionic (C12H25N+H2CH2CH2COO-) có thể được chuyển hóa thành natri dodecylaminopropionat (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) trong môi trường natri hydroxit, hoạt động như một chất hoạt động bề mặt anion tan trong nước. Trong môi trường axit clohydric, nó có thể được chuyển hóa thành muối clorid của axit dodecylaminopropionic [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], hoạt động như một chất hoạt động bề mặt cation tan trong nước. Nếu pH của môi trường được điều chỉnh sao cho điện tích dương và âm cân bằng chính xác, nó sẽ được chuyển hóa thành một muối nội phân tử (C12H25N+H2CH2CH2COO-), ít tan trong nước và kết tủa. Độ pH tại điểm này được gọi là điểm đẳng điện. Để phát huy tối đa tác dụng của các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính loại axit amin, chúng phải được sử dụng trong dung dịch nước có độ pH khác với điểm đẳng điện. Các nguyên liệu thô thường được sử dụng trong điều chế các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính loại axit amin bao gồm các amin bậc nhất mạch thẳng, metyl acrylat (xem este acrylat), acrylonitrile và axit cloroaxetic.
- Bloại etaine
Các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính loại betaine có đặc tính nổi bật nhất là hòa tan trong dung dịch nước dù là axit, trung tính hay kiềm. Chúng không kết tủa ngay cả ở điểm đẳng điện. Ngoài ra, chúng còn có các đặc tính tốt như khả năng thấm hút, tẩy rửa và chống tĩnh điện. Do đó, chúng là chất nhũ hóa và làm mềm tốt.
Carboxybetaine
Anion trong phân tử là nhóm carboxyl, và cation là nhóm amoni bậc bốn. Ví dụ, alkyl dimethyl betaine [RN+(CH3)2CH2COO-], trong đó nhóm alkyl R có từ 12 đến 18 nguyên tử carbon. So với các loại axit amin, các loại betaine có thể hòa tan trong nước trong môi trường axit, trung tính hoặc kiềm, và không kết tủa ngay cả ở điểm đẳng điện, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong dung dịch nước với bất kỳ độ pH nào. Trong môi trường axit, khi độ pH của điểm đẳng điện thấp hơn, nó hoạt động như một chất hoạt động bề mặt cation hòa tan trong nước [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; trong môi trường trung tính hoặc kiềm, tức là khi độ pH bằng hoặc cao hơn điểm đẳng điện, nó hoạt động như một chất hoạt động bề mặt lưỡng tính hòa tan trong nước và không hoạt động như một chất hoạt động bề mặt anion. Các chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có xu hướng tạo kết tủa với các chất hoạt động bề mặt anion chỉ trong môi trường axit. Chúng có thể được sử dụng kết hợp với bất kỳ loại chất hoạt động bề mặt nào trong môi trường có độ pH khác nhau. Các nguyên liệu thô phổ biến được sử dụng để điều chế chất hoạt động bề mặt lưỡng tính loại betaine bao gồm alkyl dimethyl tertiary amine và natri chloroacetate, v.v.
Sulfobetaine
Nhóm anion trong phân tử là nhóm sulfo (SO3-), và nhóm cation là nhóm amoni bậc bốn. Các chất thường dùng là alkyl dimethyl sulfonethyl betaine [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] và alkyl dimethyl sulfopropyl betaine [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. Số lượng nguyên tử carbon trong nhóm alkyl R trong công thức dao động từ 12 đến 18. Sulfobetaine có tính chất toàn diện; chúng không chỉ sở hữu tất cả các ưu điểm của betaine thông thường mà còn có những ưu điểm độc đáo như khả năng kháng nồng độ cao của axit, kiềm và muối. Hiện nay, hydroxy sulfopropyl [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] được sử dụng để thay thế sulfopropyl betaine, chất tạo ra các chất có hại cho cơ thể người trong quá trình sản xuất. Nhờ sự hiện diện của cả nhóm anion và cation cùng với nhóm hydroxyl trong cấu trúc, chúng không chỉ sở hữu tất cả các ưu điểm của chất hoạt động bề mặt lưỡng tính mà còn thể hiện khả năng kháng lại nồng độ cao của axit, kiềm và muối, đặc tính nhũ hóa, phân tán và chống tĩnh điện tốt, cũng như các đặc tính diệt khuẩn, kháng nấm và đàn hồi nhớt. Chúng là những chất hoạt động bề mặt có hiệu suất tổng thể tuyệt vời và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa chất tiêu dùng hàng ngày, khai thác dầu khí, nứt vỡ thủy lực và axit hóa.
Phospholipid betaine
Nhóm anion trong phân tử là nhóm phosphat (HPO4-), và nhóm cation là nhóm amoni bậc bốn. Ví dụ, alkyl dimethyl hydroxypropyl phosphate betaine [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], trong đó nhóm alkyl R có từ 12 đến 18 nguyên tử carbon. Cấu trúc này quyết định rằng nó không chỉ sở hữu các đặc tính tuyệt vời của chất hoạt động bề mặt lưỡng tính như khả năng thấm ướt, tẩy rửa, hòa tan, nhũ hóa và phân tán, tính chất chống tĩnh điện, độ ổn định nhiệt, cũng như khả năng tương thích tốt, ít gây kích ứng, và ưu điểm so với các chất hoạt động bề mặt anion thông thường như khả năng kháng kiềm, kháng điện phân và tính chất chống tĩnh điện tốt hơn, mà còn có khả năng phân tán xà phòng canxi mạnh, sức căng bề mặt thấp và khả năng tạo bọt tuyệt vời.
Thời gian đăng bài: 04/02/2026